石墨相氮化碳同质结光催化处理水中双酚A

通过甲醇辅助溶剂热预处理,设计和制备了石墨相氮化碳同质结光催化剂（x% MeCN-CN）.利用TEM、XRD、FTIR、XPS、UV-Vis DRS、PL、EIS等手段对所制备催化剂进行表征分析.以水中双酚A（BPA）为目标污染物,考察了所得催化剂的光催化降解性能,通过活性物种捕获实验探究反应机制.结果表明,在模拟太阳光照射下,30% MeCN-CN具有最佳的光催化性能,4h对15mg/L BPA光催化降解率达98.9%,空穴和超氧自由基为主要活性物种.催化剂光催化活性的提升归因于醇热辅助预处理的能带调控作用和同质结结构的耦合作用,有效抑制了光生电子空穴对的复合,拓宽了光吸收范围.该催化剂具备良好的稳定性和循环利用能力,具有良好的应用前景.     

生物硫铁复合材料处理含铬废水及铬资源化研究

研究了由硫酸盐还原菌(SRB)与其原位生成的纳米硫铁化合物组成的生物硫铁复合材料(生物硫铁)的耐铬性能和再生性能,并利用其再生特性,设计了处理高浓度含铬废水及铬资源化的还原-再生循环处理工艺.结果表明,生物硫铁处理含铬废水后,污泥中的SRB仍具有活性,能以反应产物Fe3+和S单质为电子受体,重新生成生物硫铁;而且SRB在Cr(VI)浓度600mg/L的废水中仍能存活并逐渐将Cr(VI)去除.还原-再生循环处理工艺处理含铬废水结果表明,出水Cr(VI)低于0.019mg/L,总Cr低于0.929mg/L,能达标排放.经10个循环处理后污泥中铬(Cr2O3)含量达到40.47%,铬铁比达到6.98,污泥达到冶金级(湿法冶炼铬)铬矿标准和化工级铬矿标准,可资源化利用.     

钛基石墨烯复合材料的制备及其光催化还原Cr（VI）的研究

通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再将氧化石墨烯和钛酸四丁酯作为初始反应物,利用溶剂热法制备Ti O_2/RGO纳米复合材料.利用SEM、TEM、XPS、XRD等分析手段对Ti O_2/RGO纳米复合材料进行表征,考察其在可见光照射条件下光催化还原水中Cr(Ⅵ)的效能,并对光催化还原机制进行了初步探讨.结果表明,Ti O_2/RGO复合材料的光催化还原能力与单一Ti O_2(P25)相比有了显著提高;复合材料中RGO含量、溶液p H值、催化剂投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度均对光催化还原过程有所影响,当复合材料中RGO含量比例为2%、溶液p H值为2,催化剂投加量为40 mg时,光催化还原Cr(Ⅵ)的效率可达98%.光催化还原Cr(Ⅵ)的过程是吸附过程和光催化还原过程的共同作用结果,RGO不但提高了复合材料的吸附能力,还作为复合材料的电子导体,抑制了光生电子-空穴对的复合,增强了复合材料的光催化性能.经过5次循环使用后,复合材料的光催化还原效率仍然保持在90%左右.     

植物微生物燃料电池修复Cr(Ⅵ)污染湿地土壤及机理研究

本研究通过引入沼生植物香蒲构建植物微生物燃料电池系统(P-MFC)修复Cr(VI)污染湿地土壤,考察了植物、不同初始Cr(VI)浓度对系统产电及去除效率的影响.结果显示,香蒲种植能显著提高P-MFC运行性能,系统最大功率密度与Cr(VI)去除率分别提高至23.83 mW·m~(-2)、33.01%,随着Cr(VI)暴露浓度的升高,系统运行性能降低.利用P-MFC修复Cr(VI)污染土壤过程中,电化学还原作用是Cr(VI)去除的主要机制,近90%的Cr(VI)通过电化学还原去除,系统中0.3%～1.86%的Cr(VI)被香蒲吸收富集,3.5%～9.5%的Cr(VI)被微生物与还原性有机物直接还原.通过高通量测序技术分析发现,香蒲种植与低浓度Cr(VI)暴露下阳极微生物群落多样性较大,优势门类Proteobacteria相对丰度最高为63.9%,较未种植香蒲与高浓度Cr(VI)暴露条件下提高了3.4%～19.0%,电化学活性微生物Geobacter相对丰度最高为12.4%,较未种植香蒲与高浓度Cr(VI)暴露条件下提高了4.4%～6.8%.系统中对Cr(VI)具有较强耐受性与还原能力的Acinetobacter、Bacillus占有较大比例,且相对丰度随暴露浓度升高而增大,最高分别为19.0%、14.4%,进一步说明微生物群落在Cr(VI)去除上发挥了一定作用.上述结果表明,P-MFC在去除湿地土壤Cr(VI)污染方面具有良好的潜力.     

γ-射线辐照法去除水中的六价铬

以人工配制的含Cr水溶液[Cr(VI)=42mg/L]为研究对象,从动力学的角度考察了不同实验条件对γ-射线辐照还原Cr(VI)的影响.结果表明,初始pH值对Cr(VI)还原影响较大,酸性条件有利于Cr(VI)的还原,在15kGy的辐照强度下,pH2时,Cr(VI)的去除率达86.2%,而pH5和pH7时,Cr(VI)的去除率仅分别为36.3%和22.2%.乙醇的存在提高了Cr(VI)的辐照还原动力学常数.在乙醇添加量为0.1%(体积比),pH2的条件下,在较低的辐照强度(5kGy)下就可获得较高的Cr(VI)去除率(99.9%).中性条件下(pH7),添加1mmol/L的碳酸钠对Cr(VI)的还原有一定促进作用,而酸性条件下(pH2)则效果不明显.试验还考察了充N₂或充O₂对Cr(VI)辐照还原效果的影响,充N₂气可增强Cr(VI)的还原效果,而充O₂则抑制Cr(VI)的还原.     

Cr(VI)离子在TiO2表面的吸附与光催化还原消除

随着体系pH值增大,Cr(VI)离子在TiO₂表面的吸附下降。当Cr(VI)离子初始浓度为300μmol/L时,其在TiO₂表面具有最大值吸附。H₂PO₄^-阴离子及乙酸的存在对Cr(VI)离子的吸附有阻抑作用,甲酸存在会提高Cr(VI)离子的吸附。Cr(VI)离子在TiO₂半导体催化剂表面的光催化还原受体系的酸度影响较大。H₂PO₄^-阴离子或Mn²⁺离子存在会降低Cr(VI)离子的光催化还原效率。在太阳光照下,Cr(VI)离子在TiO₂上的光催化还原也可实现。通过调节反应结束后水溶液的酸碱度,Cr(VI)离子得以消除。反应后催化剂经酸处理,其活性恢复并可重复使用。     

TiO2光催化还原有机废水中Cr(Ⅵ)的研究

二氧化钛具有较高的光稳定性和反应活性,可以用于光催化还原去除水中的重金属离子,本文以含有Cr(Ⅵ)的有机废水为研究体系,分别考察了环糊精、pH值、反应物初始浓度、催化剂用量等对光催化还原反应的影响.结果表明,当催化剂浓度为0.5g/L,经过100分钟的紫外光照射时,Cr(Ⅵ)的光催化还原效率可达到92%;初始Cr(Ⅵ)浓度较低时,在相同条件下反应更加迅速,10min已经基本全部去除;β-CD对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定的促进作用;同时反应在酸性条件下可以获得较高的还原效率.     

高指数晶面TiO_2对铬的吸附及光催化去除

由工业生产引起的铬污染是环境领域面临的一大挑战。二氧化钛(TiO2)材料因其吸附催化的双重作用在铬的去除方面具有潜在应用前景。利用水热法合成高指数晶面TiO2{201},对其进行SEM、TEM、XRD、及XPS表征,并用于Cr(III/VI)的吸附及Cr(VI)的光催化还原,以达到从水体中去除铬的目的。所合成的TiO2{201}为锐钛矿相,呈蒲公英状的层级结构。Langmuir吸附等温线结果表明,TiO2{201}对Cr(III)和Cr(VI)的最大吸附量分别为22.7mg·g-1和13.2mg·g-1,Freundlich模型拟合结果表明TiO2{201}对Cr(III)和Cr(VI)的吸附均易于进行,其1/n均小于0.5。在紫外光照条件下,TiO2{201}作为光催化剂可将毒性较强且吸附去除效果较差的Cr(VI)还原成Cr(III),并以Cr(OH)3及Cr2O3的形式沉淀在TiO2表面,XPS表征结果进一步证实了表面沉淀的存在。为探明TiO2{201}光催化还原Cr(VI)的机制,分别研究光生空穴淬灭剂(EDTA-2Na)和光生电子淬灭剂(KBrO3)对Cr(VI)还原效率的影响,证明Cr(VI)的还原是由光生电子引起。     

改性生物炭负载nZVI对土壤Cr(VI)的修复差异研究

考察了生物炭(BC)、酸洗生物炭(HCl-BC)和纳米零价铁负载生物炭(n ZVI-HCl-BC)对土壤中Cr(VI)还原和总Cr形态转化的影响.结果表明,生物炭对Cr(VI)还原率随土壤含水率的升高而显著提高.在较高土壤含水率(70%)条件下,各生物炭对Cr(VI)的最高还原率排序为:HCl-BC(97.26%)n ZVI-HCl-BC(88.36%)BC(87.61%).在不同Cr(VI)污染水平下(150、300、600和900 mg·kg~(-1)),HCl-BC对土壤中Cr(VI)的还原率最高.随Cr(VI)含量升高,BC和HCl-BC对Cr(VI)的还原率呈降低趋势,而n ZVI-HCl-BC对Cr(VI)的还原率为先降低后升高.形态分析表明,生物炭在不同程度上增加了土壤中Cr残渣态的比例:n ZVI-HCl-BC(11.58%)HCl-BC(9.53%)BC(1.42%),表明生物炭对土壤Cr起到稳定作用.综上,改性生物炭显著促进Cr(VI)还原及总Cr向残渣态转化,表明其具有修复Cr污染土壤的潜力.     

TiO_2光催化还原有机废水中Cr(VI)的研究

二氧化钛具有较高的光稳定性和反应活性,可以用于光催化还原去除水中的重金属离子,本文以含有Cr(Ⅵ)的有机废水为研究体系,分别考察了环糊精、pH值、反应物初始浓度、催化剂用量等对光催化还原反应的影响。结果表明,当催化剂浓度为0.5g/L,经过100分钟的紫外光照射时,Cr(Ⅵ)的光催化还原效率可达到92%;初始Cr(Ⅵ)浓度较低时,在相同条件下反应更加迅速,10min已经基本全部去除;β-CD对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定的促进作用;同时反应在酸性条件下可以获得较高的还原效率。     

In situ preparation of visible-light-driven carbon quantum dots/NaBiO3 hybrid materials for the photoreduction of Cr(VI)

In this study, different carbon quantum dots (CQDs)/NaBiO₃ hybrid materials were synthesized as photocatalysts to effectively utilize visible light for the photocatalytic degradation of contaminants effectively. These hybrid materials exhibit an enhanced photocatalytic reduction of hexavalent chromium (Cr(VI)) in the aqueous medium. Zero-dimensional nanoparticles of CQDs were embedded within the two-dimensional NaBiO₃ nanosheets by the hydrothermal process. Compared with that of the pure NaBiO₃ nanosheets, the photocatalytic performance of the hybrid catalysts was significantly high and 6 wt.% CQDs/NaBiO₃ catalyst exhibited better photocatalytic performance. We performed the first-principles density functional theory calculations to study the interfacial properties of pure NaBiO₃ nanosheets and hybrid photocatalysts, and confirmed the CQDs played an important role in the CQDs/NaBiO₃ composites. The experimental results indicated that the enhanced reduction of Cr(VI) was probably due to the high loading of CQDs (electron acceptor) on NaBiO_3, which made NaBiO₃ nanomaterials to respond in visible light and significantly improved their electron-hole separation efficiency.     

Bi2O3-TiO2复合光催化剂协同处理铬-邻苯二甲酸酯复合污染

以硝酸铋和钛酸丁酯为前驱体,采用水热法制备了Bi_2O_3-TiO_2复合半导体材料,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UVVis)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对复合材料的结构进行了表征.同时,考察了Bi_2O_3-TiO_2复合材料对重金属Cr(Ⅵ)和难降解邻苯二甲酸二丁酯(DBP)复合污染的处理性能,并探讨了复合催化剂协同处理复合污染的作用机制.结果表明:该复合催化剂在可见光下能同时降低重金属Cr(Ⅵ)和有机物DBP的浓度,抑制电子和空穴复合,表现出比对单一Cr(Ⅵ)及DBP污染物更高的处理效率.当Bi_2O_3含量为4%时,复合催化剂表现出最佳的光催化活性.     

全基因组重测序研究长期铬胁迫对希瓦氏菌MR-1的影响机制

在实验室纯培养条件下,设计了希瓦氏菌MR-1在恒定浓度Cr（VI）和Cr（Ⅲ）环境中长期胁迫120d实验,探讨了胁迫后的菌株对Cr（VI）的还原能力和生长情况,采用电化学分析仪表征其电化学性质的变化,并且利用全基因组重测序技术分析了不同条件胁迫后不同阶段的菌株基因变异信息.结果表明,Cr（VI）长期胁迫下明显提高了菌株对Cr（VI）的耐受性和还原能力,在38h左右能完全还原初始Cr（VI）浓度55mg/L;在电位-0.2V还原峰附近,细胞色素c与核黄素的结合作用有明显差异;通过重测序结果发现,Cr（VI）长期胁迫下的菌株发生突变的基因点位明显高于Cr（Ⅲ）环境.Cr（Ⅲ）环境胁迫下的非同义突变基因主要集中在葡萄糖转化及合成相关功能的基因、编码呼吸链酶和合成ATP酶的相关基因、编码信号转导和跨膜转运蛋白相关基因,Cr（VI）环境胁迫120d后,主要涉及细胞膜组分基因,转运蛋白、信号转导相关基因,DNA合成、修复相关基因和氧化还原活性相关.     

Characterization of metal doped-titanium dioxide and behaviors on photocatalytic oxidation of nitrogen oxides

A series of nanosized ion-doped TiO_2 catalysts with different ion content(between 0.1 at.% and 1.0 at.%) have been prepared by wet impregnation method and investigated with respect to their behavior for UV photocatalytic oxidation of nitric oxide.The catalytic activity was correlated with structural,electronic and surface examinations of the catalysts using X-ray diffraction analysis (XRD),ultraviolet-visible(UV-Vis)absorption spectroscopy,transmission electron microscopy(TEM),energy disperse spectrometer (EDS)and high resolution-transmission electron microscopy (HR-TEM) techniques.An enhancement of the photocatalytic activity was observed for Zn~(2 ) doping catalyst ranged from 0.1 at.% to 1.0 at.% which was attributed to the lengthened lifetime of electrons and holes.The improvement in photocatalytic activity could be also observed with the low doping concentration of Cr~(3 )(0.1 at.%). However,the doping of Fe~(3 ),Mo~(6 ),Mn~(2 ) and the high doping concentration of Cr~(3 ) had no contribution to photocatalytic activity of nitric oxide.     

Shewanella oneidensis MR-1对Cr(VI)的还原及其影响因素

在实验室纯培养条件下,探讨厌氧体系中Shewanella oneidensis MR-1对Cr（VI）的还原能力,采用扫描电镜（SEM）-能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）等方法进行表征.结果表明,S.oneidensis MR-1介导下不同浓度Cr（VI）的生物转化与微生物对铬的耐受特性密切相关,低浓度Cr（VI）对其生长影响不大,高浓度时细菌生长则受到抑制,进而抑制Cr（VI）的还原率;菌株对Cr（VI）的还原作用随着接种菌悬液量的增加而增强;菌株最适生长pH值为中性,弱碱性环境比酸性环境更有利于菌株对Cr（VI）的还原;增加Fe（Ⅲ）的量会加快Cr（VI）完全还原的速率.通过SEM-EDS和XPS分析,在对Cr（VI）进行处理5d后,菌体表面有Cr（VI）和Cr（Ⅲ）两种形态存在,证实S.oneidensis MR-1在对Cr（VI）进行还原的同时也伴有少量的吸附作用.微生物还原为环境中Cr（VI）的去除以及解毒提供了一种有效的方法.     

重金属絮凝剂DTMPAM去除Cr (Ⅵ)的性能与机理

以二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺（DTMPAM）作为高分子絮凝剂,研究DTMPAM对水中Cr （Ⅵ）的去除性能,考察了DTMPAM投加量、pH值、Cr （Ⅵ）初始浓度以及共存浊度、无机物质、有机物质对DTMPAM处理含Cr （Ⅵ）废水性能的影响.结果表明,DTMPAM在酸性条件下对不同Cr （Ⅵ）初始浓度的含Cr （Ⅵ）水样均具有良好的去除效果,且Cr （Ⅵ）的去除率随着体系初始pH值的降低而升高;当pH值为3.0时,DTMPAM对Cr （Ⅵ）初始浓度为5,15,25和50mg/L水样中Cr （Ⅵ）的最高去除率分别达到94.78%,96.52%,96.53%和97.49%.共存浊度对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有抑制作用.在低DTMPAM投加量下,共存无机阳离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺,共存无机阴离子SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-,以及共存有机物质柠檬酸钠、乙酸钠、三氯乙酸和氨基乙酸等对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）均具有一定的抑制作用;而在高DTMPAM投加量下,这些物质的存在会对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）表现出较小的促进作用.无机阳离子Fe³⁺、Ni²⁺、Ba²⁺的存在对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有较明显的抑制作用,其中Ba²⁺的抑制作用最显著.红外光谱和能谱分析显示,DTMPAM高分子链上的二硫代羧基可将水样中Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）,Cr （Ⅲ）进一步和DTMPAM分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应形成絮体.     

纳米Fe_2O_3在处理含铬(Ⅵ)废水中的应用

采用较简单的方法合成了光催化活性较低、吸附性能较好的纳米Fe2O3,研究其对Cr(Ⅵ)的吸附行为并进行了相应的比较,结果表明,纳米金属氧化物Fe2O3对Cr(Ⅵ)的吸附酸度较宽,吸附效率较高,吸附时间短,吸附Cr(Ⅵ)后的纳米金属物用2.0mol/NaOH洗脱处理后均可重复使用,应用于环境水样中Cr(Ⅵ)的处理,效果很好。